無線通信是人們現代日常生活的一部分，在辦公室、學校或家庭等場所，都在接觸無線通信設備，如筆記本電腦、打印機、攝像機、手持設備、照明控制器和家電設備等。這些設備的復雜程度與它們執行的任務類型有關，其中許多家庭自動化的無線應用采用小型微控制器和少量代碼執行簡單的任務，更加追求低成本、單一性和微型化。在目前眾多的無線網絡技術中，ZigBee技術作為一種新興的無線網絡技術，近兩年在工業控制、消費電子等領域以及科研開發中得到了眾多的關注和使用，而且越來越顯示出它的強勁應用勢頭。ZigBee是一種低功耗、短距離和低速的無線網絡技術，工作在2．4 GHz國際免執照的頻段，在IEEE標準上它和無線局域網、藍牙同屬802家族中的無線個人區域網絡。

　　通常的ZigBee無線控制器節點是以一個高端微控制器為核心，再配合無線收發器構成的。本文將設計一個新型的、低成本的、使用ZigBee無線技術的精簡型無線控制器，比如用于空調遙控，整個目標應用板上的元器件極少，走線極少，體積極小。該設計只采用三個電子芯片：一個低端微控制器（MC9S08QG8）、一個RF收發器（MC13192）和一個16×2的LCD，其他需要的元器件為電阻和按鍵之類的無源器件。

　　1 器件選擇

　　為了實現工業或家電無線控制應用低成本的目標，首要任務是選擇合適的微控制器（MCU）和無線收發器。FREESCALE半導體公司（飛思卡爾，前身為Mo-torola半導體部）的各檔微控制器在國內嵌入式控制領域獲得了越來越多的應用。它最新推出的MC9S08QG低端微控制器系列，其處理內核、片上外圍設備、節電功能和開發工具等，構成了成本、能源、效率敏感的控制應用的理想解決方案。采用MC9S08QGx微控制器系列，不僅開發的費用可明顯減少，最終生產階段的成本也可大幅下降。在開發階段，一些高級調試功能，包括CodeWarrior全功能工具鏈和ProcessorExpert工具包等都是免費贈送的。在生產階段，內部時鐘源模塊、模擬電路和E2PROM模擬則減少了對諸如晶振或諧振器、模擬比較器、串行E2PROM等外部器件的需求，否則這些外部器件都是印制電路板上必不可少的。

　　本無線控制器設計的核心器件即選擇FREESCALE該系列中的僅有16引腳的MC9S08QG8，它是采用高性能、低功耗的HCS08內核的飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高的集成度的器件，內置8 KB FLASH存儲器，512 B RAM，SCI／SPI／IIC接口，8位模／數定時器模塊，A／D模塊等。MC9S08QG8 MCU集成了通常只有較大、較昂貴的元器件才具有的性能，包括背景調試系統以及可進行實時總線捕捉的內置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調試及仿真接口（BDM），還包括一個可編程的16位定時器／脈沖寬度調制（PWM）模塊（TPM），是同類產品中最靈活、又最經濟的模塊之一。

　　另一個主要芯片為無線收發器，同樣選擇Frees-cale半導體公司的MCl3192，它是FREESCALE公司推出的符合ZigBee標準的新型射頻芯片。其工作頻率是2．405～2．480 GHz，該頻帶劃分為16個信道，每個信道占用5 MHz的帶寬；采用直接序列擴頻的通信技術，數據傳輸速率為250 Kb／s。MCl3192具有一個優化的數字核心，有助于降低MCU處理功率，縮短執行周期。為了適應低功耗的要求，芯片除了接收、發送和空閑三種工作狀態外，還有三種低功耗運行模式：

　　掉電模式 此模式下芯片電流小于1μA；

　　睡眠模式 此模式下電流在3μA左右；

　　休眠模式 此模式下電流約為35μA。

　　芯片采用可編程功率輸出模式，發送功率為O～4 dBm，接收靈敏度可以達到-92 dBm，傳輸距離為30～70 m。由于MC13192的低功耗特性以及SPI通信接口，它與MC9S08QG8微處理器配合用于解決電池供電設備的低電壓、低功耗應用以及通信控制等，是十分適合的。

　　至于其他外圍器件則可選用通用的，比如液晶顯示器使用16×2的字符型LCD，按鍵按最終的工藝要求配用，這部分的電路應用是成熟技術。

　　2 無線控制器的總體構建

　　基于前述主要器件的選擇考慮，本文實現的無線控制器原理框圖如圖1所示。

　　用來在收發器和微控制器之間交換數據的接口主要為串行外設接口（SPI）。微控制器MC9S08QG8通過SPI接口（4線）對MCl3192的內部寄存器進行讀寫操作，從而完成對MCl3192的控制和數據通信。該接口可以讀寫收發器的配置、狀態和控制寄存器。SPI接口還可以讀寫位于收發器內部的RAM，用于通過RF發送和接收數據。另一個用于收發器和微控制器間通信的信號是中斷請求（IRQ）信號。IRQ腳由收發器進行處理。當收發器的狀態寄存器發生變化時，IRQ腳會產生下降沿跳變。IRQ產生后，微控制器要做的第一件事就是讀取狀態寄存器，確定產生中斷的特定事件。

　　微控制器MC9S08QG8通過通用I／O接口GPIO完成與液晶顯示器和按鍵的連接，其中LCD數據線和按鍵輸入線設計成多路分時復用的（共4線），LCD的控制線由MCU單獨提供（共3線）。

　　BDM程序下載和在線調試僅占用MCU的單線1線，在設計之初是必須的，但當調試下載完成后，該引線也可當做普通I／O使用或備用。